空分制氮机工艺及选型

空分制氮机是以空气为原料，利用物理的方法,将其中的氧和氮分离而获得。
工业中有三种，即深冷空分法、分子筛空分法(PSA)和膜空分法。

深冷空分制氮
深冷空分制氮是一种传统的制氮方法，已有近几十年的历史。它是以空气为原料，经过压缩、净化，再利用热交换使空气液化成为液空。液空主要是液氧和液氮的混合物，利用液氧和液氮的沸点不同，通过液空的精馏，使它们分离来获得氮气。

特点：
1)低温换热器、精馏塔等低温容器及管道置于保冷箱内，并充填有热导率低的绝热材料，防止从周围传入热量，减少冷损，否则设备无法运行；

2)用于制造低温设备的材料，要求在低温下有足够的强度和韧性，以及有良好的焊接、加工性能。常用铝合金、铜合金、不锈钢等材料；

3)空气中高沸点的杂质，例如水分、二氧化碳等，应在常温时预先清除。否则会堵塞设备内的通道，使装置无法工作；

4)空气中的乙炔和碳氢化合物进入空分塔内，积聚到一定程度，会影响安全运行，甚至发生爆炸事故。因此，必须设置净化设备将其清除；

5)贮存低温液体的密闭容器，当外界有热量传入时，会有部分低温液体吸热而气化，压力会自动升高。为防止超压，必须设置可靠的安全装置；

6)低温液体漏入基础，会将基础冻裂，设备倾斜。因此必须保证设备、管道和阀门的密封性，要考虑热胀冷缩可能产生的应力和变形；

7)被液氧浸渍过的木材、焦炭等多孔有机物质，当接触火源或给以一定的冲击力时，会发生激烈的燃爆。因此，冷箱内不允许有多孔性的有机物质。对液氧的排放，应预先考虑有专门的液氧排放管路和容器，不能走地沟；

8)低温液体长期冲击碳素钢板，会使钢板脆裂。因此，排放低温液体的管道及排放槽不能采用碳素钢制品； 　

9)氮气、氩气是窒息性气体，其液体排放管应引至室外。气体排放管应有一定的排放高度，排放口不能朝向平台楼梯；

10)氧气是强烈的助燃剂，其排放管不能直接排在不通风的厂房内。

分子筛空分制氮
1)基本原理

由于氧气和氮气在分子筛吸附剂微孔内扩散速度不同，当空气经过分子筛时，直径较小的氧气分离以较快的速度向微孔内扩散，并优先被分子筛所吸附，剩下直径较大的氮分子供用户使用，而后再采用解吸方法释放分子筛中的富氧成分。因此分子筛空分法要连续生产需使用二个吸附罐，切换使用。

2)工艺流程

分子筛空分制氮系统的核心分子筛（如碳分子筛），装在吸附塔 A 和 B 之内，工作时压缩空气过滤后分别进入 A 塔和 B 塔， A 与 B 两塔交替轮换进行加压吸附产氮和减压解吸再生的变压吸附操作。实现氧氮分离，从而连续制氮。

3)特点
与传统的深冷法相比它具有如下优点：
A.起动速度较快：通常在开机后30分钟左右便可获得合格的产品氮气。而深冷法则需6小时以上的启动时间。
B.随时停机：可根据需要随时开车和停机，即使停机数小时甚至几天，都不会影响运行工况，而深冷则做不到。
C.实现自动化操作：设备少，运行正常后就可进行自动化及无人操作。而深冷装置机组多。故障因素多，即使自动化程度很高也得有人看管。
D.装置紧凑，占地面积小：因设备少无需建专用厂房，工程建筑投资省，而深冷机组复杂，占地面积大，故工程建设造价高。

膜空分制氮

1)原理
压缩空气由中空纤维膜分离器的纤维管程进料，其分离推动力就是气体各组分的分压在中空纤维内腔原料侧与外腔（渗透侧）所形成的分压差，当气流沿中空纤维内腔表面流动时，各组分在其分压差的推动下，渗透到丝外。“快气”如氧气 H2O 迅速渗透。所以丝外（渗透）气流量为富集氧气，压力为一大气压，被排放至大气中。而那些氮气、氢气的溶解扩散速度较低，决定了它们通过膜的渗透速度较慢，因此管程（非渗透侧）气流为富集氮气，氮气压力损失很小，产品氮的压力只略低原料气的压力。

2)工艺流程
如上所述，薄膜空分制氮是利用空气中的氧和氮通过中空纤维膜时的不同渗透率，把压缩空气分离为富氧和富氮的两股气流。薄膜空分制氮装置由膜分离器，空压机，加热器等部分组成。在空分制氮流程中，中空纤维膜分离器是核心部分，过滤及加热部分是为保证原料气能清洁恒温地进入膜分离器延长膜的使用寿命。分离器的左端是空气入口．气体进入空纤维膜后氧气迅速渗透过去，从侧口出去，氮气继续前进从分离器的右端出去。在系统中，分离器是并联安装的，并联多少分离器可根据产气量和空压机排量等诸多因素而定。

3)特点
由于膜分离器原理及结构简单合理，所以比深冷法和分子筛法具有更多的优越性，除分子筛空分法所具有的优点外，膜法还具有如下几个特点：
A.启动迅速：从开机到产出氮气只需 5 分钟左右，而深冷法需6个小时以上，分子筛需要30分钟左右。
B.无运动部件：深冷及分子筛系统中均有运动部件，而膜法没有，不需维修，可靠性高。
C.可移动性强：全部设备、仪表可以集中安装在一个可移动的框架上，灵活性高，可在多种场合就地现场制氮。

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